רשתות חשמל מודרניות ומתקנים מסחריים מתמודדים עם אתגרים הולכים וגדלים עם יציבות חשמל, עליית עלויות אנרגיה ואינטגרציה מתחדשת. מערכת אחסון אנרגיה של סוללה (BESS) נותנת מענה לאתגרים אלה על ידי אחסון חשמל בעלות נמוכה או ירוקה ופריקתו בזמן שיא הביקוש. הבנת הסוגים השונים של מערכות אחסון אנרגיה בסוללות מסייעת למנהלי אנרגיה ולמפתחי פרויקטים לבחור את הטכנולוגיה המתאימה לצרכים התפעוליים שלהם.

טייק אווי מפתח

• טכנולוגיות BESS עיקריות: מערכות אחסון אנרגיה בסוללה כוללות סוללות ליתיום-יון, עופרת-חומצה, זרימה, נתרן-יון ונתרן-גופרית, לכל אחת יתרונות, מגבלות ויישומים מובהקים.
• תצורות מערכת שונות: ניתן גם לסווג את BESS כארונות C&I ESS, BESS מכולות, ESS למגורים ו-ESS נייד בהתבסס על צרכי העיצוב הפיזי, הקיבולת והפריסה שלהם.
• גורמי בחירה מרכזיים: בחירת BESS הנכונה דורשת הערכת קיבולת האנרגיה, דירוג הספק, משך פריקה, חיי מחזור, יעילות, בטיחות ועלויות מחזור חיים כדי להתאים לדרישות הפרויקט הספציפיות.

מהי מערכת לאחסון אנרגיה בסוללות (BESS)?

A מערכת אחסון אנרגיה בסוללה (BESS) היא טכנולוגיה האוגרת אנרגיה חשמלית בסוללות נטענות ומשחררת אותה בעת הצורך. הוא מאפשר לאחסן חשמל המופק מפאנלים סולאריים, טורבינות רוח או הרשת לשימוש מאוחר יותר.

לדוגמה, מתקן מסחרי יכול לטעון את מערכת ה-BESS שלו בתקופות של ביקוש נמוך לחשמל ולפרוק אותה בשעות השיא כדי לסייע בהפחתת עלויות האנרגיה.

BESS טיפוסי כולל מספר רכיבים מחוברים:

• מערכת ניהול סוללות (BMS): עוקב אחר מתח הסוללה, הטמפרטורה, הזרם ותנאי הפעולה.
• מערכת המרת חשמל (PCS): מאפשר המרת הספק דו-כיוונית בין מערכת ה-DC של הסוללה לרשת ה-AC או העומס, תוך שליטה בטעינה ופריקה של הספק בהתאם לדרישות המערכת.
• מערכת ניהול אנרגיה (EMS): מתאם טעינה, פריקה ושיגור אנרגיה בהתאם לדרישות התפעוליות.
• מערכת ניהול תרמית: שולט בטמפרטורות הסוללה באמצעות קירור אוויר או קירור נוזלי.

ניתן לסווג מערכות אחסון אנרגית סוללה (BESS) בשתי דרכים עיקריות: לפי כימיה של הסוללה ולפי תצורת המערכת. קטגוריות המבוססות על כימיה כוללות סוללות ליתיום-יון, עופרת-חומצה, זרימה, נתרן-יון ונתרן-גופרית, כל אחת עם מאפייני הפעלה מובהקים.

קטגוריות מבוססות תצורה, כגון ארונות C&I ESS, BESS מכולות, ESS למגורים ו-ESS נייד, מתארות כיצד המערכת ארוזה, פריסה ושימוש. שתי שיטות הסיווג הללו משלימות ולא ניתנות להחלפה.

מהם הסוגים העיקריים של מערכות אחסון אנרגיה בסוללות?

הסוגים העיקריים של מערכות אחסון אנרגיה של סוללות כוללים סוללות על בסיס ליתיום-יון, חומצה עופרת, זרימה ונתרן. כל טכנולוגיה מציעה מאפיינים שונים המשפיעים על התאמתה לפרויקטים מסחריים, תעשייתיים ותעשייתיים.

1. מערכות אחסון אנרגיה לסוללות ליתיום-יון

סוללות ליתיום-יון נמצאות בשימוש נרחב באחסון אנרגיה נייח, כאשר LFP (Lithium Iron Phosphate) ו-NMC (Nickel Manganese Cobalt) בין הכימיה הנפוצה.

כימיה של LFP מציעה יציבות תרמית טובה, הרכב קתודה נטול קובלט וחיי מחזור ארוכים. מאפיינים אלה הופכים את LFP לבחירה פופולרית עבור מבנים מסחריים, מפעלים ופרויקטים של אחסון אנרגיה סולארית.

סוללות NMC מציעות בדרך כלל צפיפות אנרגיה גרבימטרית גבוהה יותר מאשר סוללות LFP, מה שהופך אותן לשימוש נרחב ביישומים שבהם משקל ומרחב הם שיקולים חשובים, כגון רכבים חשמליים. סוללות LFP בדרך כלל מספקות יציבות תרמית טובה יותר ויכולות להציע חיי מחזור ארוכים יותר בתנאי הפעלה דומים.

2. מערכות אחסון אנרגיה לסוללות עופרת-חומצה

מערכות עופרת-חומצה מייצגות טכנולוגיית סוללה מסורתית עם עשרות שנים של שימוש בשטח. היתרון העיקרי שלהם הוא עלות רכישה נמוכה מראש.

עם זאת, לסוללות עופרת חומצה בדרך כלל יש צפיפות אנרגיה נמוכה יותר וחיי מחזור קצרים יותר מאשר לסוללות ליתיום-יון, במיוחד ברכיבה עמוקה תכופה. הם נמצאים בשימוש נפוץ במערכות UPS, כוח גיבוי ויישומי אחסון נייחים נבחרים, אך מגבלות אלו יכולות להפוך אותם לפחות מתאימים לאחסון אנרגיה אינטנסיבי יומיומי.

3. מערכות אחסון אנרגיה זרימת סוללות

סוללות זרימה אוגרות אנרגיה באלקטרוליטים נוזליים המוחזקים במיכלים חיצוניים, המוזרמים דרך ערימת תאים המכילה ממברנה. בסוללות זרימה, קיבולת ההספק נקבעת בעיקר על ידי הגודל והתצורה של ערימת התאים, בעוד קיבולת האנרגיה תלויה בעיקר בנפח ובריכוז האלקטרוליט.

הפרדה זו הופכת את סוללות הזרימה למתאימות לאגירת אנרגיה לאורך זמן, כאשר משך הפריקה נקבע על פי קיבולת האנרגיה ודירוג ההספק של המערכת.

עם זאת, תשתית השאיבה המורכבת, צרכי התחזוקה השוטפים וטביעת הרגל הגדולה של ההתקנה מגבילים את אימוץם באתרים תעשייתיים מוגבלים בחלל.

4. מערכות אחסון אנרגיה על בסיס נתרן

סוללות נתרן-יון ונתרן-גופרית שניהם משתמשות בחומרים מבוססי נתרן אך פועלות אחרת. סוללות נתרן-יון אוגרות אנרגיה באמצעות תנועת יוני נתרן בין אלקטרודות, בעוד שסוללות נתרן-גופרית קונבנציונליות משתמשות בנתרן ובגופרית כחומרים פעילים ופועלות בטמפרטורות גבוהות. תנאי ההפעלה והיישומים שלהם שונים בהתאם לטכנולוגיה.

מהן תצורות BESS השונות לפרויקטים של אחסון אנרגיה?

מעבר לכימיה של הסוללה, התקנות BESS מסווגות לפי קנה מידה של תכנון פיזי ופריסה. ארכיטקטורת הליבה של המערכת קובעת באיזו קלות ניתן להתקין, לתחזק ולהגדיל את הציוד לאורך זמן.

1. ארונות ESS מסחריים ותעשייתיים

ארונות ESS מסחריים ותעשייתיים (C&I). לשלב מודולי סוללה וציוד תומך בתוך מארז קומפקטי יחסית.

בהתאם לעיצוב שלהם, ארונות אלה עשויים לשלב את ה-PCS, BMS, EMS, ציוד קירור ורכיבי הגנה מפני אש.

יישומים נפוצים כוללים:

• שיא גילוח וניהול ביקוש לחשמל.
• אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית סולארית.
• ניהול עומסי טעינת EV.
• כוח גיבוי למתקנים מסחריים ותעשייתיים.

הבנייה המשולבת שלהם הופכת אותם למעשיים עבור מפעלים, מבנים מסחריים ואתרים אחרים עם שטח התקנה מוגבל.

2. BESS מכולות

פתרונות BESS במכולות אורזים מערכות סוללות בעלות קיבולת גבוהה בתוך מבני מכולות ניידים.

מערכות אלו נפרסות בדרך כלל בפרויקטים של אנרגיה מתחדשת בקנה מידה של שירותים, פארקי תעשייה ויישומים תומכים ברשת הדורשים אחסון ברמת מגה וואט שעה.

הארכיטקטורה המודולרית שלהם מאפשרת למפתחים לשלב מספר יחידות כדי לעמוד בדרישות פרויקט גדולות יותר, בכפוף לאילוצי התכנון החשמלי והאתר.

3. BESS למגורים וניידים

BESS למגורים תצורות הן בדרך כלל מערכות קטנות יותר המיועדות לאחסון סולארי ביתי, צריכת חשמל עצמית וכוח גיבוי.

פתרונות BESS ניידים נותנים עדיפות להובלה ויכולים לשרת אתרי בנייה זמניים, אירועים או מקומות הדורשים פריסת חשמל גמישה.

כיצד לבחור את מערכת אחסון האנרגיה המתאימה עבור הפרויקט שלך

בחירת BESS מתאים דורשת הערכת ביצועים טכניים לצד דרישות תפעוליות ועלויות ארוכות טווח.

1. קבע קיבולת אנרגיה ודירוג כוח

קיבולת האנרגיה, הנמדדת ב-kWh או MWh, מציינת כמה אנרגיה יכולה סוללה לאגור. דירוג הספק, הנמדד ב-kW או MW, מתאר כמה מהר המערכת יכולה לספק או לספוג אנרגיה.

לדוגמה, ל-BESS 2 MW/4 MWh יש משך פריקה נומינלי של כשעתיים בהספק נקוב. משך השימוש בפועל תלוי במגבלות הפריקה, הפסדי המרה, תנאי ההפעלה ותכנון המערכת.

2. הערכת ביצועי הסוללה

ביצועי הסוללה משפיעים על תפעול לטווח ארוך ועל כלכלת הפרויקט.

אינדיקטורים חשובים כוללים:

• חיי מחזור: מספר מחזורי טעינה-פריקה שניתן להשיג בתנאי בדיקה שצוינו.
• עומק פריקה (DoD): אחוז קיבולת הסוללה בשימוש במהלך הפריקה.
• יעילות הלוך ושוב: החלק של אנרגיית הכניסה המוחזרת לאחר אחסון.
• השפלה: ההפחתה ההדרגתית בקיבולת השימושית לאורך זמן.

פרויקטים הדורשים רכיבה יומיומית על אופניים צריכים לשים לב במיוחד לפגיעה הצפויה ולתנאי האחריות.

3. הערכת בטיחות וניהול תרמי

בטיחות BESS תלויה בכימיה של הסוללה, הגנה חשמלית, ניהול תרמי והנדסה ברמת המערכת. הערכת ניטור טמפרטורה, גילוי וכיבוי אש, פונקציות כיבוי חירום ותקני בטיחות ישימים.

עבור מערכות חיצוניות, דירוגי הגנת הסביבה ומגבלות טמפרטורת ההפעלה חשובים גם הם. קירור נוזלי יכול לתמוך בבקרת טמפרטורה על פני מכלולי סוללה גדולים, אך יעילותו תלויה בתכנון המערכת.

4. השווה את עלויות מחזור החיים הכוללות

מחיר הרכישה הראשוני מספק רק חלק מהתמונה הפיננסית.

מפתחי פרויקט צריכים לשקול גם התקנה, צריכת חשמל נלווית, תחזוקה, החלפת סוללה וחיי שירות צפויים.

הערכת העלות המפולסת של האחסון יכולה לעזור להשוות טכנולוגיות עם מאפייני השקעה ותפעול שונים.

5. התאם את המערכת לאפליקציה שלך

היישום המיועד צריך להנחות הן את הכימיה והן את בחירת התצורה. פרויקטים של C&I עשויים לתת עדיפות לניהול ביקוש והתקנה קומפקטית. פרויקטים בקנה מידה שימושי דורשים לרוב קיבולות גדולות יותר, יכולות אינטגרציה של רשתות ותכנון הרחבה.

פתרונות אחסון אנרגיה של סוללות LFP של Wenergy

וורגי מספקת פתרונות אחסון אנרגיית סוללה מבוססי LFP עבור יישומים מסחריים, תעשייתיים ויישומים בקנה מידה שירות. סל המוצרים שלה כולל ארונות ESS משולבים ומערכות מכולות המיועדות ליכולות פרויקט ודרישות תפעול שונות.

שני פתרונות מייצגים הם Stars CL289Pro ו-Turtle Series 5MWh BESS Container.

1. Stars CL289Pro: אחסון אנרגיה משולב של C&I

מבנה ה-all-in-one שלו משלב שש ערכות סוללות, PCS, קירור נוזלי, הגנה מפני אש ומערכת EMS מובנית.

היתרונות העיקריים כוללים:

• אינטגרציה קומפקטית:מידות הארון של כ-1588 × 1380 × 2450 מ"מ תומכות בהתקנה בפרויקטים מסחריים ותעשייתיים מודעים לחלל.
• ניהול תרמי ובטיחות:קירור נוזלי, הגנה בטיחותית רב-שכבתית ומערכת כיבוי אש באירוסול.
• רכיבה על אופניים לטווח ארוך:חיי מחזור מוגדרים של לפחות 8,000 מחזורים ויעילות מערכת מקסימלית מעל 89%, על פי מפרטי המוצר של Wenergy.

הארון מיועד לטמפרטורות הפעלה מ-30 מעלות צלזיוס עד 55 מעלות צלזיוס, כאשר נדרשת הורדת הספק מעל 45 מעלות צלזיוס.

מאפיינים אלה הופכים אותו למתאים ליישומים כגון גילוח שיא מסחרי, אחסון סולארי וניהול אנרגיית טעינת EV.

סטארס CL289Pro

2. סדרת צבים: אחסון במכולות לפרויקטים גדולים יותר

ארכיטקטורת המכולה של 20 רגל משלבת שישה אשכולות סוללות, כל אחד מכיל שמונה מודולי סוללה, לצד ניהול סוללות, קירור נוזלים וציוד הגנה מפני אש.

היתרונות העיקריים כוללים:

• אינטגרציה בעלת קיבולת גבוהה:אחסון אנרגיה בקנה מידה MWh בתוך מבנה מיכל נייד.
• הרחבה מודולרית:ארכיטקטורת אשכול הסוללות תומכת בתצורות גדולות יותר ברמת הפרויקט.
• ניטור תפעולי:פרוטוקולי תקשורת וניהול סוללה חכמים תומכים באינטגרציה עם מערכות בקרה חיצוניות.
• הגנת הסביבה:קירור נוזלי והגנה IP55 עבור אזורי מתחם מוגדרים, למעט חריגים מוגדרים.

למערכת טווח טמפרטורת הפעלה מוגדר של -30 מעלות צלזיוס עד 50 מעלות צלזיוס (עם הגבול התחתון לא נכלל), כאשר נדרשת הורדה מעל 45 מעלות צלזיוס.

הוא מיועד למתקני אנרגיה מתחדשת גדולים, תמיכה ברשת בקנה מידה של שירותים, ניהול אנרגיה תעשייתית ויישומי מיקרו-רשת.

סדרת צב 5MWh

שני הפתרונות של Wenergy משתמשים בטכנולוגיית LFP, אך היכולות והתצורות השונות שלהם עונות על דרישות פרויקט שונות.

מסקנה

סוגים שונים של מערכות אחסון אנרגיה של סוללות מציעות יתרונות ברורים בביצועים, עלות ויישומים. בחירת הפתרון הנכון דורשת הערכת כימיה של הסוללה, תצורת המערכת, הבטיחות ודרישות הפרויקט.

מַגָע של ונרגי צוותים כדי למצוא אפשרויות מתאימות לפרויקטים מסחריים, תעשייתיים ותועלתניים.